Сибирская язва (синонимы: злокачественный карбункул; anthrax - англ.; Milzbrand - нем.; charbon, anthrax carbon - франц.) - острая инфекционная болезнь, зоонозного происхождения из группы инфекций наружных покровов. Введена в группу особо опасных инфекций. Название микроба берет свое название от греческого "anthracis" - уголь, что объясняется образованием при инфекции на коже схожих по цвету язв.
Характеристика возбудителя
Возбудитель - Bacillus anthraxis, аэроб, факультативный анаэроб, представляет собой грамположительную неподвижную довольно крупную палочку длиной 6-10 мкм и шириной 1-2 мкм; окрашивается по Граму. Bac.anthracisявляется отчетливым и гомогенным видом с гомологиями между штаммами 90-99%. Гомологии представителей других видов к Bac.anthracis равны или меньше 59%. (Бакулов И.А. и др., 2001)
При неблагоприятных условиях существования формирует споры, способные долго сохранять генетический материал исходных клеток и обеспечивать передачу основных свойств потомству в последующих генерациях. Высокая устойчивость спор к различным воздействиям связана с наличием плотной многослойной оболочки, низким содержанием в ней воды и присутствием кальциевой соли дипиколиновой кислоты. Биологически полноценные споры при выращивании их методом микрокультур прорастают почти в 100% случаев в течение 2,5 часов на различных питательных средах.
В организм диких и домашних животных могут попасть споры, которые затем прорастают с образованием вегетативной формы. В таком виде B.anthracis и существует в тканях, и передается от больного к здоровому. Достаточно небольшого числа спор или вегетативных клеток, попавших тем или иным способом в организм, чтобы бактерия размножилась в тканевой жидкости и макрофагах. При этом она выделяет экзотоксин и капсульную субстанцию – вещества, поражающие клетку. Дополнительно к ним бактерия продуцирует еще и экзопротеазы – ферменты, расщепляющие белки организма-хозяина.
В восприимчивом организме вегетативная форма при доступе свободного кислорода воздуха и температуре 15-42°С образует капсулу, которая представляет собой полипептид, обладает антифагоцитарной активностью, препятствует опсонизации и фагоцитозу бацилл и одновременно способствует фиксации их на клетках хозяина. Это придает микробу инвазивность в виде приживления в макроорганизме, размножения и развития бактериемии. Три мембраносвязанные энзима, необходимые для синтеза капсулы, кодируются pXO2 плазмидой, массой 60 мегадальтон Наличие капсулы отличает вирулентные штаммы сибирской язвы от вакцинного.
Термолабильный экзотоксин, состоящий из трех компонентов - эдематозного (отечного), защитного антигена (иммуногена) и летального фактора, угнетает неспецифическую бактерицидную активность гуморальных и клеточных факторов, фагоцитоз, обладает антикомплементарной активностью, повышает вирулентность сибиреязвенных бацилл, обуславливает летальный исход в терминальной стадии заболевания, угнетая функцию дыхательного центра и гипоталамуса. Синтез токсина кодируется рХО1 плазмидой, массой 100 мегадальтон. В молекуле токсина протективный антиген играет транспортную роль: сначала соединяется со специфическим клеточным рецептором, потом активируется за счет гидролиза и в результате обретает способность образовывать мембранные каналы, чем и обеспечивает перенос двух других субъединиц – отечного и летального факторов – в клетку организма-хозяина.
Там эти, по сути самостоятельные, токсины и осуществляют свое цитотоксическое действие: вместе с экзопротеазами вызывают резкие нарушения клеточного обмена, приводя к деградации и гибели клетки. В организме больного протективный антиген стимулирует образование антител, которые предотвращают последующее заражение высоковирулентными штаммами бактерий. Эндогенные продукты сибиреязвенных микробов не обладают выраженным токсическим действием.
Агрессивность микроба в организме в большой степени обусловлена капсульной субстанцией, которая представляет собой полимер D-глутаминовой кислоты. Именно капсула ингибирует фагоцитоз, предотвращая гибель бациллы, защищает ее от бактерицидного действия лимфы и крови.
Многочисленные исследования убедительно показали, что вирулентность возбудителя сибирской язвы, утратившего способность образовывать капсулу, снижается в десятки тысяч раз, хотя его способность вызывать иммунитет сохраняется. Это послужило основой для разработки в конце 1930-х – начале 1940-х гг. живых споровых вакцин на основе штаммов, не имеющих капсулы, но вырабатывающих токсин.
Генетический аппарат сибиреязвенного микроба состоит из хромосомы и двух плазмид (pXO1 и рХО2) – внехромосомных элементов, открытых в начале 80-х гг. и очень важных для проявления вирулентности и иммуногенности. Плазмида pXO1 содержит три гена экзотоксина – pag, lef и суа. Первый из них кодирует синтез протективного антигена, второй – летального фактора, третий – отечного фактора. В pXO1 имеются также гены регуляторов синтеза этих продуктов. Плазмида рХО2 содержит наиболее значимые гены, определяющие синтез капсулы.
Полностью расшифрована нуклеотидная последовательность первой плазмиды и значительная часть второй. Благодаря этому существенно расширились возможности генетических манипуляций с бациллой.
В генетическом отношении она оказалась одним из наиболее однородных микроорганизмов, что во многом связано со способностью бациллы образовывать споры. Различия между ее штаммами сводятся к наличию или отсутствию плазмид или вариабельности их структуры. Определение вирулентности клонов, выделенных из высоковирулентного штамма Bac/anthracis 81\1, показало, что процессы, сопряженные с утратой способности к спорообразованию, ведут к значительному снижению вирулентности для лабораторных животных. (Бакулов И.А.,2001).
Согласно биологическим, иммунологическим, серологическим и генетическим характеристикам Bac.anthracis может быть представлена 4 типами. Типирование основано первоначально на выявлении плазмид, поэтому эту классификацию можно назвать как типирование плазмидных мутантов.
Рекомендации по типированию Bac.anthracis
| Тип | Штамм | Наличие | ||||||
| капсула | токсин | плазмида | патогенность | колонии | ||||
| РХО1 | РХО2 | человек | животное | форма | ||||
| 1 | Вирулентный | + | + | + | + | + | + | M |
| 2 | Вакцинный | - | + | + | - | - | - | R |
| 3 | Авирулентный | + | - | - | + | - | + | M |
| 4 | Непатогенный | - | - | - | - | - | - | S |
Бацилла чувствительна к большинству обычных антибиотиков пенициллиновой, тетрациклиновой групп, левомицетину, стрептомицину, неомицину.
Вегетативные формымикроба относительно мало устойчивы: при температуре 55°С погибают через 40 минут, при 60°С - через 15 минут, при кипячении - мгновенно. Вегетативные формы быстро погибают без доступа воздуха, инактивируются стандартными дезинфицирующими растворами через несколько минут. В невскрытых трупах они сохраняются до 7 суток.
Спорычрезвычайно устойчивы: после 5-10 минутного кипячения все они сохраняют способность к вегетации. Под действием сухого жара при 120-140°С они погибают через 1-3 часа, в автоклаве при 110°С - через 40 минут. 1% раствор формалина и 10% раствор едкого натра убивают споры за 2 часа. На длительность выживания спор влияет температура окружающей среды, при которой происходило спорообразование. Более устойчивы споры, образовавшиеся при температуре 18-20°С. В почве сибиреязвенные микробы не только могут сохраняться в течение десятилетий (до 100 лет), но и при температуре от 12-15°С до 42-43°С при 29-85% влажности в нейтральной либо слабо щелочной среде способны прорастать и затем вновь образовывать споры, тем самым поддерживая существование почвенного очага. Во время Второй Мировой войны Великобритания тестировала взрывчатку с бациллами сибирской язвы на шотландском острове Груинард. Четыре десятилетия спустя на островах все еще оставались следы спор.
Споры образуются вне организма при доступе свободного кислорода. Они выдерживают множественные циклы замораживания-оттаивания и обезвоживания, способны выживать, будучи погребенными глубоко в земле или пройдя через горлышко аэрозольного баллончика. В теплых и благоприятных условиях повышенной влажности (например, в легких) споры прорастают в обычную бактерию. Бактерии сибирской язвы попадают внутрь макрофагов и быстро размножаются.
Историческая справка
Сибирская язва известна человечеству с давних пор. Сохранились рукописи с описанием этого заболевания у человека и животных под названием «священный огонь», «персидский огонь» и др. Значительные эпидемические вспышки сибирской язвы имели место в Европе и Сибири в 17 веке. С.С.Андреевский в 1788 году, работавший на Урале, в опыте самозаражения установил идентичность сибирской язвы у животных и человека. Возбудитель сибирской язвы был открыт и выделен в чистой культуре в 1876 г. Р.Кохом. Он же вырастил бактерию на искусственной питательной среде, выявил у неё спорообразование и воспроизвел сибиреязвенную инфекцию в эксперименте на мышах. Спустя всего 5 лет Л. Пастер получил и опробировал живую противосибиреязвенную вакцину для животных.
Косвенные доказательства показывают, что человек умеренно резистентен к сибирской язве. До того, как вакцины и антибиотики стали доступны, и во времена, когда понимание индустриальной гигиены было весьма относительным, рабочие, занятые на работах по переработке продуктов животноводства, ежедневно подвергались воздействию значительного количества спор сибирской язвы. В Британии в период с 1899 по 1912 годы на таких производствах были отмечены 354 случая сибирской язвы. (Anon, 1918). Количество людей, подвергавшихся воздействию спор сибирской язвы, составляло много тысяч и явно выявленные случаи такого воздействия составляют лишь очень небольшую часть.